Молекулы построены из атомов. Молекула - это наименьшая частица вещества, определяющая его свойства и способная к самостоятельному существованию

О.С.ГАБРИЕЛЯН,
И.Г.ОСТРОУМОВ,
А.К.АХЛЕБИНИН

СТАРТ В ХИМИЮ

7 класс

Продолжение. Начало см. в № 1, 2, 3/2006

Глава 1.
Химия в центре естествознания

(продолжение)

§ 5. Химия и физика

К общим вопросам химии и физики относятся строение веществ и движение тех частиц, из которых вещества построены. Показательно, что самые первые шаги в изучении физики вы делаете, знакомясь с молекулярно-кинетической теорией, имеющей непосредственное отношение как к физике, так и к химии.

Основное положение этой теории: вещества состоят из мельчайших частиц. Это могут быть молекулы, атомы или ионы.

Молекула – это мельчайшая частица вещества, определяющая его свойства. Из молекул состоят такие хорошо знакомые вам вещества, как вода и уксусная кислота, сахар и углекислый газ.

Большинство твердых веществ находится в кристаллическом состоянии. Частицы вещества в кристаллах расположены в строго определенном порядке. Если соединить их воображаемыми линиями, получается правильная геометрическая фигура, называемая кристаллической решеткой . На рис. 34 представлены модель кристаллической решетки йода и образец этого вещества. Вы думали, что йод – это жидкость? Не следует путать: в вашей домашней аптечке есть йодная настойка – раствор кристаллического вещества йода в этиловом спирте. Двойные шарики в модели кристаллической решетки – это и есть молекулы йода I 2 .

Доказательством того, что многие вещества состоят из молекул, может служить явление диффузии. Самопроизвольное распространение частиц одного вещества между частицами другого называется диффузией.

Явление диффузии можно объяснить только тем, что между молекулами вещества есть промежутки, в которые могут проникать молекулы другого вещества. Поэтому, к примеру, газообразное вещество распространяется в воздухе без нашего участия, т.е. самопроизвольно.

Примерно то же самое происходит при растворении в воде сахара.

Явление диффузии доказывает, что частицы, из которых состоит вещество, находятся в непрерывном движении. Это обусловливает еще одно интересное физическое явление – броуновское движение.

Английский ботаник Роберт Броун в 1827 г. изучал строение пыльцы растений. Наблюдая в микроскоп за крупинками пыльцы в капле воды, ученый с удивлением заметил, что пылинки хаотически перемещаются, словно живые. Беспорядочное движение мельчайших частиц в жидкой или газообразной среде называется броуновским движением.

Может быть, крупинки цветочной пыльцы и вправду могут двигаться без посторонней помощи? Давайте проверим это с помощью лабораторного эксперимента. Для этого вам понадобится микроскоп и немного черной туши.

Нанесите на предметное стекло каплю чистой воды и с помощью кисточки подкрасьте ее очень небольшим количеством черной туши, предварительно разведенной водой до светло-серого цвета. Накройте каплю покровным стеклом. Перемещая тубус микроскопа, добейтесь четкого изображения. Вы увидите, как черные частицы туши совершают самопроизвольное движение. Но ведь их-то точно нельзя назвать живыми! Подобный опыт поставил выдающийся французский ученый Ж.Б.Перрен. Он зарисовал движение частиц примерно так, как показано на рис. 36.

Рис. 36. Броуновское движение частиц туши в воде

Опыт Перрена стал еще одним убедительным доказательством существования молекул. Он показал, что причина броуновского движения состоит в непрерывном, никогда не прекращающемся движении молекул жидкости или газа. Разумеется, что крупинки твердого вещества во много раз больше молекул, которые нельзя увидеть в микроскоп. Однако они испытывают постоянные столкновения с молекулами жидкости, что и заставляет их перемещаться.

Молекулы веществ состоят из еще более мелких частиц – атомов. Атомы – это мельчайшие электронейтральные частицы, из которых состоят молекулы веществ.

Есть вещества, которые состоят не из молекул, а из атомов. К ним относятся алмаз, графит, кремний, кварц, сапфир и рубин. Из отдельных атомов состоят газы, которые называют благородными (гелий, неон). Модели кристаллических решеток некоторых веществ атомного строения и их образцы изображены на рис. 37.

Многие вещества состоят не из молекул или атомов, а из ионов. Ионы – это положительно или отрицательно заряженные частицы, образовавшиеся из атомов. Поваренная соль, сода, марганцовка – это вещества, состоящие из ионов.

Модели кристаллических решеток веществ ионного строения и образцы соответствующих природных минералов вы можете рассмотреть на рис. 38.

В предыдущем эксперименте вы наблюдали диффузию «ароматных» молекул в воздухе. Нетрудно увидеть диффузию в водном растворе веществ, состоящих из ионов.

Рис. 39. Диффузия окрашенных ионов вещества в водном растворе

На скорость диффузии веществ существенное влияние оказывает температура. Предыдущий эксперимент можно провести в двух сосудах, один из которых поместить в холодильник, второй оставить в комнате. Как вы думаете, в каком из сосудов раствор станет однородным быстрее?

Таким образом, по составу различают вещества молекулярного и немолекулярного строения.

1. Какие частицы называют молекулами, а какие – атомами?

2. Что такое диффузия? Как обнаруживается диффузия пахучих веществ? Почему мы чувствуем запахи на расстоянии?

3. Что такое ионы? Какие вещества состоят из ионов? Характерна ли диффузия для таких веществ?

4. Что такое броуновское движение? Как опытным путем смоделировать броуновское движение? Что доказывает это движение?

5. Какое оборудование нужно использовать для наблюдения броуновского движения?

6. Возьмите полстакана кипяченой воды и добавьте чайную ложку сахара. Не перемешивая содержимого стакана, попробуйте воду на вкус.

Постепенно при растворении кристалликов сахара молекулы этого вещества проникают между молекулами воды. Процессы растворения и диффузии ускоряются при перемешивании. Периодически пробуйте вкус раствора. Как он изменяется?

§ 6. Агрегатные состояния веществ

Одно и то же вещество в зависимости от условий может находиться в каждом из трех состояний: газообразном, жидком и твердом. Такие состояния принято называть агрегатными. Пример: твердое агрегатное состояние воды – это лед, а также очень небольшие кристаллики, например снежинки, которые, однако, могут быть спрессованы в огромные глыбы – айсберги (рис. 40).

При температуре 0 °С лед начинает плавиться и превращается в жидкость (рис. 41). Дальнейшее нагревание приведет к тому, что при 100 °С вода закипит и перейдет в третье агрегатное состояние – газообразное. Часто мы называем это состояние паром, однако имейте в виду, что увидеть воду в газообразном состоянии нельзя. Те белесые «облачка», которые мы называем паром и появлением которых сопровождается кипение воды, – это мельчайшие водяные капельки. Скопление таких капелек в атмосфере представляет собой хорошо знакомые вам облака (рис. 42).

Большинство газообразных веществ бесцветны, увидеть их непросто. Газы принимают форму того сосуда, в котором они находятся, а их объем зависит от температуры и давления, а потому газы сжимаемы.

Газообразные вещества только кажутся такими «мягкими» и невесомыми. При больших давлениях это очень мощная сила. Например, с помощью сжатого воздуха закрываются и открываются двери в автобусах, поток раскаленных газов реактивного двигателя поднимает ввысь самолеты, купол парашюта, обнимая упругий воздух, позволяет плавно опуститься на землю не только парашютисту, но и космическому аппарату с космонавтами.

«Невесомость» газов – понятие относительное. В этом легко убедиться на простом опыте.

Более привычно для нас переливать не газы, а жидкости. Вещества в жидком агрегатном состоянии принимают форму того сосуда, в который их налили. Это одно из важнейших свойств жидкости – текучесть (рис. 43). Одни вещества более текучи, они быстро растекаются по плоской поверхности, например, вода, спирт, бензин, ацетон. Разные жидкости обладают разной текучестью. Капля жидкого меда на стекле не превращается в тонкую пленку, и, чтобы заставить ее течь, стекло придется поставить почти вертикально.

Рис. 43. Текучесть – важное свойство жидкостей

В отличие от газов жидкости практически несжимаемы. Если с размаху хлопнуть ладонью по поверхности воды, эффект будет таким же, как при ударе по крышке стола.

При охлаждении жидкие вещества переходят в твердое агрегатное состояние. Вместе с жидкостью исчезает и ее важнейшее свойство – текучесть. Твердые тела сохраняют как свой объем (они также почти не сжимаемы), так и форму. В какую бы емкость вы ни пересыпали кубики льда из морозильника, они так и останутся кубиками, пока не растают (см. рис. 41).

Переход веществ из одного агрегатного состояния в другое, а также диффузию и броуновское движение относят к физическим явлениям. Ведь при этом не происходит превращений веществ, разрушения их молекул.

Явления, при которых изменяются агрегатное состояние вещества, форма или размеры тел, построенных из этого вещества, но сохраняется его химический состав, называются физическими.

И все-таки более правильно анализировать агрегатное состояние вещества, ориентируясь не на внешнюю форму, а на его внутреннее строение.

В газах расстояние между молекулами очень велико по сравнению с размерами самих молекул. Именно поэтому газы легко сжимаемы. Молекулы газообразных веществ очень слабо связаны друг с другом, они сталкиваются и разлетаются подобно бильярдным шарам, не «сцепляясь» между собой.

Полной противоположностью газам являются твердые вещества, в которых частицы «выстроились» в строгом порядке, подобно солдатам в строю. Такое упорядоченное строение, как вы уже знаете, имеют кристаллы. Силы взаимного притяжения частиц так велики, что оторвать одну от другой очень непросто.

Жидкие вещества – нечто среднее между газами и кристаллами, если принимать во внимание расстояние между частицами и их взаимное притяжение.

Существуют вещества настолько вязкие, что они долго сохраняют свою форму и не растекаются. Значит, их можно отнести к твердым веществам. Однако, подобно обычным жидкостям, расположение частиц в них не упорядочено. Такие вещества называют аморфными . К ним относятся янтарь, воск, стекло, смолы, многие пластмассы (рис. 44).

Как же отличить кристаллическое вещество от аморфного? Если стекло нагревать, то оно постепенно размягчается, становится все более текучим, пока не превратится в типичную жидкость. Это как раз и показывает, что резкой границы между аморфными и жидкими веществами нет. У каждого кристаллического вещества есть определенная температура (или точка) плавления, при которой оно переходит из твердого состояния в жидкое.

1. Назовите три агрегатных состояния вещества.

2. Как агрегатное состояние воды связано с ее круговоротом?

3. Чем отличается строение газообразного вещества от жидкого? Что общего между газами и жидкостями?

4. Что характеризует твердое состояние вещества?

5. Какие явления называют физическими?

6. Приведите примеры физических явлений, известных вам из повседневной жизни или наблюдений за природными явлениями.

7. Чем отличаются твердые кристаллические вещества от твердых аморфных? Приведите примеры тех и других, известные вам из повседневной жизни.

8. Пустую пластиковую бутылку плотно закройте пробкой и поставьте в холодильник. Буквально через минуту вы увидите, что стенки бутылки втянулись внутрь, будто кто-то откачал из нее часть воздуха. Почему так произошло? Примет ли бутылка прежнюю форму, если ее вынуть из холодильника?

Вещество (например, сахар) можно размолоть на самой тонкой мельнице и все равно каждая крупинка будет состоять из огромного количества одинаковых молекул сахара и сохранит все известные нам свойства этого вещества. Даже если раздробить вещество на отдельные молекулы, как это происходит при растворении сахара в воде, то вещество продолжает существовать и проявлять свои свойства (в этом легко убедиться, попробовав раствор на вкус). Значит, самостоятельно существующая молекула сахара - это еще вещество под названием "сахар" (пусть даже очень маленькое количество этого вещества). Но если продолжить дробление дальше, то придется разрушить молекулы. А разрушив молекулы или даже отняв у них по паре атомов (из трех десятков, составляющих молекулу сахара!), мы уже разрушаем само вещество. Конечно, атомы никуда не исчезают - они начинают входить в состав каких-то других молекул. Но сахар как вещество при этом перестает существовать - он превращается в какие-то другие вещества.

Вещества не вечны, потому что не вечны их молекулы. Зато атомы практически вечны. В каждом из нас найдутся атомы, существовавшие еще во времена динозавров. Или участвовавших в походах Александра Македонского, или в плавании Колумба, или побывавших при дворе Ивана Грозного.

Несмотря на то, что молекулы очень малы, их устройство можно выяснить различными физическими и химическими методами. Чистое вещество состоит из молекул одного вида. Если физическое тело содержит молекулы нескольких видов, то мы имеем дело со смесью веществ. Понятия "чистый" в химии и в быту неодинаковы. Например, когда мы говорим: - "Какой чистый воздух!" - то на самом деле вдыхаем сложную смесь нескольких газообразных веществ. Химик скажет о лесном воздухе: "Нужно серьезно поработать, чтобы выделить из этой смеси чистые вещества". Интересно, что в атмосфере любого из них по отдельности человек существовать бы не смог. В таблице 1-1 приведено соотношение этих газообразных веществ в свежем лесном воздухе.

Таблица 1-1. Состав атмосферного воздуха в сосновом лесу.

В таблице 1-1 азот, кислород, аргон и т.д. - это отдельные вещества. Вещество азот состоит из молекул азота, всем известное вещество вода - измолекул воды, терпинеол состоит из молекул терпинеола. Молекулы этих веществ могут быть очень разными - от простейших, состоящих из двух-трех атомов (азот, кислород, озон, углекислый газ) - до молекул, состоящих из многих атомов (такие молекулы встречаются в живых организмах). Например, терпинеол, который образуется в хвойных деревьях и придает воздуху запах свежести.

Это означает, что веществ, как и видов молекул, может быть бесконечное множество. Никто не может назвать точное число веществ, известных людям сегодня. Можно лишь ориентировочно сказать, что таких веществ - более семи миллионов.

Атомы в молекулах разных веществ связаны друг с другом в строго определенном порядке, установление которого - одно из самых интересных занятий в работе химика. Устройство и состав молекул можно описывать разными способами, например так, как это сделано на рис. 1-1, где атомы имеют вид шариков. Размеры шариков имеют физический смысл и примерно соответствуют относительным размерам атомов. Те же самые вещества могут быть изображены иначе - с помощью химических символов. Издавна за каждым видом атомов в химии закреплен символ из латинских букв. В таблице 1-2 приведены символические записи веществ, изображенных на рис. 1-1. Такие символические записи называются химическими формулами .

Таблица 1-2. Химические формулы веществ из рис. 1-1. Цифра ниже символа показывает, сколько атомов данного вида содержится в молекуле. Эта цифра называется индексом. По традиции индекс "1" никогда не пишут. Например, вместо С 1 О 2 пишут просто: СО 2 .

Рис. 1-1. Модели молекул и названия веществ, входящих в состав лесного воздуха: 1 - азот, 2 - кислород, 3 - аргон, 4 - углекислый газ, 5 - вода, 6 - озон (образуется из кислорода при грозовых разрядах), 7 - терпинеол (выделяется хвойными деревьями).

Существует условное деление веществ на простые и сложные. Молекулы простых веществ состоят из атомов одного вида. Примеры: азот, кислород, аргон, озон. Молекулы сложных веществ составлены из атомов двух и более видов: углекислый газ, вода, терпинеол.

Часто физическое тело состоит из молекул нескольких разных веществ. Такое физическое тело называется смесью. Например, воздух - смесь нескольких простых и сложных веществ. Не нужно путать сложное вещество со смесью. Сложное вещество, если оно состоит из молекл только одного вида, смесью не является.

Р а з д е л I .

Основные понятия и законы химии

Глава 1. Атомно-молекулярное учение и стехиометрия

1.1. Основные понятия и определения

Химия  часть естествознания, изучающая состав. строение и химические свойства веществ и их превращения, сопровождающиеся изменением состава.

Следует иметь в виду, что химия изучает низкоэнергетические преващения максимальная температура которых не превышает несколько тысяч градусов, давление  до 100 МПа. Эти превращения веществ называются химическими реакциями.

Под химическими свойствами веществ понимают совокупность химических реакций, в которые они могут вступать. Как и физические свойства (цвет, плотность, твердость, электропроводность, температуры плавления и кипения), они определяются строением и составом вещества.

Простое химическое вещество (простое вещество)  это вещество, которое состоит из атомов одного и того же химического элемента.

Атом  мельчайшая частица простого вещества, сохраняющая все его основные химические свойства. Атом состоит из определенного числа протонов и нейтронов, составляющих ядро, и электронов, число которых равно числу протонов, то есть атом электронейтрален. В условиях химических реакций атом не может быть превращен в другие атомы.

Элемент  вид атомов, характеризующихся одинаковым числом протонов. Элементу присваивается атомный номер, равный числу протонов в его ядре, и ему дается название, первые буквы (латинского названия) которого являются символом элемента и, кроме того, обозначают один атом и один моль этого элемента. Например, элемент с атомным номером 18 называется Аргон (Argon  лат.) и обозначается Ar; этот знак (символ) данного элемента обозначает наличие одного атома или одного моля атомов (см. ниже). Атомный номер химического элемента равен его порядковому номеру в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.

Сложным химическим веществом (химическим соединением) является вещество, состоящее из атомов нескольких элементов. Многие химические соединения состоят из молекул, но также много соединений, имеющих немолекулярную структуру.

Молекулой называется мельчайшая частица вещества, способная к самостоятельному существованию и обладающая всеми его химическими свойствами. Например, из молекул состоят хлороводород НСl (1 атом водорода соединен с 1 атомом хлора), аммиак NH 3 (1 атом азота соединен с 3 атомами водорода), вода H 2 O (1 атом кислорода соединен с 2 атомами кислорода) и т.д.

В то же время во многих (обычно в кристаллических) химических соединениях нельзя выделить молекулы, так как они состоят из прочно связанных между собою атомов или ионов, на которые невозможно разделить сложное вещество, не изменив существенно его свойства. В этом случае состав вещества выражается формульной единицей . Например, формульная единица K 2 SO 4 обозначает кристаллическое вещество сульфат калия, в котором на каждые 2 атома калия приходится 1 атом серы и 4 атома кислорода.

При описании состава и строения вещества иногда используют понятие о структурной единице (СЕ) – это более общее понятие, обозначающее любые атомы или их группы (в том числе молекулы и формульные единицы), которые используются для описания состава вещества.

Таким образом, состав вещества выражается его химической формулой , которая определяет соотношение между количеством атомов элементов в соединении или количеством атомов в простом веществе. Химическая формула выражает состав молекулы, если вещество имеет молекулярное строение, или является только формульной единицей вещества, если молекулы данного вещества не существуют.

Молекулярная структура вещества. Скорости газовых молекул.

1. 
   Молекулярно-кинетической теорией МКТ называется теория, объясняющая свойства вещества, исходя из его молекулярного строения. Основные положения молекулярно-кинетической теории: все тела состоят из молекул; молекулы постоянно движутся; молекулы взаимодействую друг с другом.
2. 
   Молекула – мельчайшая частица вещества, сохраняющая свойства данного вещества.
3. 
   Атомы – наименьшая частица химического элемента. Из атомов состоят молекулы.
4. 
   Молекулы постоянно движутся . Доказательством этого положения является диффузия – явление проникновения молекул одного вещества в другое. Диффузия происходит и в газах, и в жидкостях, и в твёрдых телах. С увеличением температуры скорость диффузии увеличивается. Открытое Броуном движение частичек краски в растворе названо броуновским движением и тоже доказывает движение молекул.
5. 
   Строение атома . Атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются электроны.
6. 
   Ядро атома состоит из нуклонов (протон, нейтрон). Заряд ядра определяется числом протонов. Массовое число определяется числом нуклонов. Изотопы – это атомы одного и того же элементы, ядра которых содержат разное количество нейтронов.
7. 
   Относительная атомная масса М– масса одного атома в единицах атомной массы (1/12 массы атома углерода). Относительная молекулярная масса – М - масса молекулы в единицах атомной массы.
8. 
   Количество вещества определяется числом молекул. Моль – единица измерения количества вещества. Моль – количество вещества, масса которого, выраженная в граммах, численно равна относительной молекулярной массе. 1 моль вещества содержит N А молекул. N А = 6,022∙10 23 1/моль – число Авогадро . Масса одного моля в килограммах называется молярной массой – μ =М·10 -3 . 1 моль – 12гС – N А –22,4 л. газа.
9. 
   Число молей определяется формулами: ν = m / μ , ν = N / N A , ν = V / V 0 .
10. 
    Основная модель МКТ – совокупность движущихся и взаимодействующих между собой молекул вещества. Агрегатные состояния вещества.
    1. 
       Твёрдое тело : W п >> W k , упаковка плотная, молекулы колеблются около положения равновесия, положения равновесия стационарны, расположение молекул упорядоченно, т.е. образуется кристаллическая решётка, сохраняется и форма и объём.
    2. 
       Жидкость: W п ≈ W k , упаковка плотная, молекулы колеблются около положения равновесия, положения равновесия подвижны, расположение молекул упорядоченно в пределах 2-х, 3-х слоёв (ближний порядок), сохраняется объём, но не сохраняется форма (текучесть).
    3. 
       Газ: W п W k , молекулы расположены далеко друг от друга, движутся прямолинейно до столкновения друг с другом, столкновения упругие, легко меняют и форму и объём. Условия идеальности газа: W п =0, столкновения абсолютно упругие, Диаметр молекулы расстояния между ними.
       
    4. 
       Плазма – электронейтральная совокупность нейтральных и заряженных частиц. Плазма (газовая) молекулы расположены далеко друг от друга, движутся прямолинейно до столкновения друг с другом, легко меняют и форму и объём, столкновения неупругие, при столкновениях происходит ионизация, реагирует на электрические и магнитные поля.
11. 
    Фазовые переходы: парообразование, конденсация, возгонка, плавление, кристаллизация.
12. 
    Статистические закономерности – законы поведения большого чикла частиц. Микропараметры – параметры малых масштабов – масса, размеры, скорость и другие характеристики молекул, атомов. Макропараметры – параметры больших масштабов – масса, объём, давление, температура физических тел.
13. 
    Р
    Z =2 N
    аспределение частиц идеального газа по двум половинкам сосуда:

• 
  Число возможных состояний Z при числе частиц N находится по формуле
• 
  Ч
  Z = N! / n!∙(N-n)!
  исло способов реализации состояния n / (N – n ) находится по формуле
• 
  Анализ ответов приводит к выводу – наибольшая вероятность того, что молекулы распределятся по двум половинкам сосудов поровну.

1. 
   Наиболее вероятная скорость – скорость, которой обладает большинство молекул
2. 
   Как вычислить среднюю скорость молекул V ср = (V 1 ∙ N 1 + V 2 ∙ N 2 + V 3 ∙ N 3)/N. Средняя скорость обычно превышает наиболее вероятную.
3. 
   Связь: скорость – энергия – температура. Е ср ~ Т.
4. 
   Т
   E=3 kT /2
   емпература определяет степень нагретости тела. Температура главная характеристика тел, находящихся в тепловом равновесии. Тепловое равновесие когда между телами нет теплообмена
5. 
   Температура – мера средней кинетической энергии молекул газа. С увеличением температуры растёт скорость диффузии, увеличивается скорость броуновского движения. Формула связи средней кинетической энергии молекул и температуры выражается формулой гдк k = 1,38∙10 -23 Дж/К – постоянная Больцмана, выражающая соотношение между Кельвином и Джоулем как единицами измерения температуры.

• 
  Т
  T = t + 273.
  ермодинамическая температура не может быть отрицательной .
• 
  Абсолютная шкала температур – шкала Кельвина (273К – 373К).

• 
  Температурные шкалы : Цельсия (0 о С – 100 о С), Фаренгейта (32 о Ф – 212 о Ф), Кельвина (273К – 373К).

1. 
   Скорость теплового движения молекул: m 0 v 2 = 3 kT , v 2 = 3 kT / m 0 , v 2 = 3 kN A T / μ

Газовые законы

1. 
   Давление – это макроскопический параметр системы. Давление численно равно силе, действующей на единицу поверхности перпендикулярно этой поверхности. P = F / S . Измеряется давление в Паскалях (Па), атмосферах (атм.), барах (бар), мм.рт.ст. Давление столба газа или жидкости в поле тяготения находится по формуле P = ρgh, где ρ - плотность газа или жидкости, h – высота столба. В сообщающихся сосудах однородная жидкость устанавливается на одном уровне. Отношение высот столбов неоднородных жидкостей обратно отношению их плотностей.
2. 
   Атмосферное давление – давление, создаваемое воздушной оболочкой Земли. Нормальное атмосферное давление – 760 мм.рт.ст. или 1,01∙10 5 Па, или 1 бар, или 1 атм.
3. 
   Давление газа определяется числом молекул, ударившихся о стенку сосуда и их скоростью.

• 
  Средняя арифметическая скорость движения молекул газа равна нулю, потому что преимущества движения в каком-либо определённом направлении нет в силу того, что движение молекул равновероятно по всем направлениям. Поэтому для характеристики движения молекул берётся средняя квадратичная скорость . Средние квадраты скорости по осям X,Y,Z между собой равны и составляют 1/3 средней квадратичной скорости.

Для одного моля газа

Изобары

Р 1
закон Гей-Люссака,

1. 
   V = const – изохорный процесс ,

V 1
закон Шарля.

Задачи: Задача № 1 . Определить полное число микросостояний шести частиц идеального газа по двум половинам сосуда, не разделённого перегородкой. Чему равно число способов реализации состояний 1/5, 2/4? При каком состоянии число способов реализации будет максимальным?

Решение. Z =2 N = 2 6 = 64. Для состояния 1/5 Z = N! / n!∙(N-n)! = 1∙2∙3∙4∙5∙6 / 1∙1∙2∙3∙4∙5= 6

Самостоятельно . Чему равно число способов реализации состояний 2/4?

Задача № 2. Найти число молекул в стакане воды (m=200г). Решение. N = m∙ N A /μ = 0,2 ∙ 6,022∙10 23 / 18 ∙ 10 -3 =67∙ 10 23 .

Самостоятельно. Найти число молекул в 2 г меди. Найти число молекул в 1м 3 углекислого газа СО 2 .

Задача № 3. На рисунке представлен замкнутый цикл в координатах P V . Какие процессы происходили с газом? Как изменялись макропараметры? Вычертить эту диаграмму в координатах VT.

С
амостоятельно вычертить диаграмму в координатах PT.

Р
ешение.

Задача № 4. «Магдебургские полушария» растягивали 8 лошадей с каждой стороны. Как изменится сила тяги, если одно полушарие прикрепить к стене, а другое будут тянуть 16 лошадей?

З
адача № 5. Идеальный газ оказывает на стенки сосуда давление 1,01∙10 5 Па. Тепловая скорость молекул 500м/с. Найти плотность газа. (1,21кг/м 3). Решение. . Разделим на V обе части уравнения. Получим

μ найдём из формулы скорости молекул

Задача № 6. Под каким давлением находится кислород, если тепловая скорость его молекул 550 м/с, а их концентрация 10 25 м -3 ? (54кПа.) Решение. P = nkT, R = N A k, P= n v 2 μ / 3 N A , Т найдём из формулы

Задача №7. Азот занимает объём 1 л при нормальном атмосферном давлении. Определите энергию поступательного движения молекул газа.

Решение . Энергия одной молекулы – E o = 5 kT / 2 , энергия всех молекул в данном объёме газа – E = N 5 kT / 2 = nV 5 kT / 2, P = nkT , E = 5 PV /2 = 250 Дж.

Задача № 8. Воздух состоит из смеси азота, кислорода и аргона. Их концентрации соответственно равны 7,8 ∙10 24 м -3 , 2,1∙ 10 24 м -3 , 10 23 м -3 . Средняя кинетическая энергия молекул смеси одинакова и равна 3 ∙10 -21 Дж. Найдите давление воздуха. (20кПа). Самостоятельно.

Задача № 9. Как изменится давление газа при уменьшении в 4 раза его объёма и увеличении температуры в 1,5 раза? (Увеличится в 6 раз). Самостоятельно.

Задача № 10. Давление газа в люминесцентной лампе 10 3 Па, а его температура 42 о С. Определите концентрацию атомов в лампе. Оцените среднее расстояние между молекулами.

(2,3∙10 23 м -3 , 16,3нм). Самостоятельно.

Задача № 11. Найдите объём одного моля идеального газа любого химического состава при нормальных условиях. (22,4л). Самостоятельно.

З
адача № 12 . В сосуде объёмом 4л находятся молекулярный водород и гелий. Считая газы идеальными, найдите давление газов в сосуде при температуре 20 о С, если их массы соответственно равны 2г и 4г. (1226кПа).

Решение . По закону Дальтона Р = Р 1 + Р 2 . Парциальное давление каждого газа найдём по формуле. И водород, и гелий занимают весь объём V=4л.

Задача № 13 . Определите глубину озера, если объём воздушного пузырька удваивается при подъёме со дна на поверхность. Температура пузырька не успевает измениться. (10,3м).

Решение . Процесс изотермический P 1 V 1 = P 2 V 2

Давление в пузырьке на поверхности воды равно атмосферному Р 2 = Р о Давление на дне водоёма складывается из давления внутри пузырька и давления столба воды Р 1 = Р о + ρ gh , где ρ = 1000кг/м 3 – плотность воды, h – глубина водоёма. Р о = (Р о + ρ gh ) V 1 / 2 V 1 = (Р о + ρ gh )/ 2

Задача № 14 . Цилиндр разделён непроницаемой закреплённой перегородкой на две части, объёмы которой V 1 , V 2 . Давление воздуха в этих частях цилиндра P 1 , P 2 соответственно. При снятии закрепления перегородка может двигаться как невесомый поршень. На сколько, и в какую сторону сдвинется перегородка?

Р
P 1 V 1

P 2 V 2

ешение. Если P 2 > P 1 Давление в обоих частях

P 1 V 1 = P (V 1 -∆ V)

P 2 V 2 = P (V 2 + ∆ V)

цилиндра установится одинаковое – Р. Процесс изотермический.

Разделим правые и левые части уравнений друг на друга. А затем решим уравнение относительно ∆ V.

Ответ: ((P 1 – P 2 ) V 1 V 2 )/(P 1 V 1 + P 2 V 2 .

Задача № 15 . Автомобильные шины накачаны до давления 2∙10 4 Па при температуре 7 о С. Через несколько часов после езды температура воздуха в шинах поднялась до 42 о С. Каким стало давление в шинах? (2,25∙10 4 Па). Самостоятельно.

Ы, ж. molecule f. Мельчайшая частица вещества, обладающая всеми его химическим свойствами, способная существовать самостоятельно. БАС 1. Молекюль. Веселитский 26. Молекула и молекюль. Михельсон 1865. Молекюла. Так называется безконечная… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

- (новолат. molecule, уменьшит. от лат. moles масса), наименьшая ч ца в ва, обладающая его осн. хим. св вами и состоящая из атомов, соединённых между собой химическими связями. Число атомов в М. составляет от двух (Н2, О2, HF, KCl) до сотен и тысяч … Физическая энциклопедия

- (уменьшительная форма от лат. moles – масса) наименьшая частица химического соединения; состоит из системы атомов, с помощью химических средств может распадаться на отдельные атомы. Молекулы благородных газов, гелия и т. д. одноатомны; сложнейшие … Философская энциклопедия

Эксимер, генонема, эписома, хромосома, микрочастица, макромолекула Словарь русских синонимов. молекула сущ., кол во синонимов: 10 биомолекула (1) … Словарь синонимов

МОЛЕКУЛА, наименьшая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами. Состоит из атомов, расположенных в пространстве в определенном порядке и соединенных химическими связями. Состав и расположение атомов отражены в химической… … Современная энциклопедия

- (новолат. molecula уменьшит. от лат. moles масса), микрочастица, образованная из атомов и способная к самостоятельному существованию. Имеет постоянный состав входящих в нее атомных ядер и фиксированное Число электронов и обладает совокупностью… … Большой Энциклопедический словарь

МОЛЕКУЛА, молекулы, жен. (от лат. moles масса) (ест.). Мельчайшая частица вещества, способная существовать самостоятельно и обладающая всеми свойствами данного вещества. Молекулы состоят из атомов. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

МОЛЕКУЛА, ы, жен. Мельчайшая частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами. М. состоит из атомов. | прил. молекулярный, ая, ое. Молекулярная масса. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

Или частица система или группа атомов … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

- [франц. molecule от лат. moles масса ] наименьшая частица данного вещества, обладающая его основными хим. свойствами, способная к самостоятельному существованию и состоящая из одинаковых или различных атомов, соединенных в одно целое хим. связями … Геологическая энциклопедия

Книги

• Молекула. Строительный материал Вселенной , Ландау Лев Давидович, Китайгородский Александр Исаакович. Книги лауреата Нобелевской премии Льва Ландау и Александра Китайгородского - тексты, переворачивающие обывательское представление об окружающем мире. Большинство из нас, постоянно сталкиваясь…
• Молекула Строительный материал Вселенной , Ландау Л., Китайгородский А.. Книги лауреата Нобелевской премии Льва Ландау и Александра Китайгородского - тексты, переворачивающие обывательское представление об окружающем мире. Большинство из нас, постоянно сталкиваясь…